1.Proiect biela

8/13/2019 1.Proiect biela

1/24

Cap.6 Biela

Biela transmite forta de presiune a gazelor F p si forta de inertie a grupului piston F gpla arborele cotit. Impreuna cu arborele cotit, biela transforma miscarea de translatiealternativa in miscare de rotatie.

Componentele bielei sunt: piciorul, ce serveste la articularea cu pistonul, capul, princare se asambleaza cu arborele cotit si corpul, constituind zona centrala. Capul are ozona separabila, numita capac, care permite prinderea cu suruburi pe fusul maneton alarborelui cotit .

Ca material pentru biele se alege oteul aliat 41CrNi12, cu urmatoarele proprietati:

- rezistenta la rupere prin tractiune rt 1100

MPa;- limita de curgere r 850 MPa;

- lungirea procentuala A1 12 %.

Semifabricatul se elaboreaza prin deformare la cald, dintr-o bucata si este

supus tratamentelor de normalizare, calire si revenire. Capacul este separat intimpul prelucrarii mecanice sau dupa aceea, prin rupere. Pentru a asigura formariguros cilindrica a orificiului din capul bielei - ovalitate maxima 8 m - acest orificiuse prelucreaza dupa prinderea capacului in pozitia de montaj. De multe ori, corpulbielei pastreaza dimensiunile si calitatea suprafetelor semifabricatului.

La bielele greu solicitate, corpul se prelucreaza prin lustruire, pentru marirearezistentei la oboseala. In acelasi scop se poate recurge la cementare, nitrurare .


2/24

Pentru orificiul din picior se admite ovalitatea maxima de 5..10 m. Abatereade la coplaneitatea si paralelismul axelor piciorului si capului 0.03..0.06 mm,toleranta pentru lungimea bielei -0.05..0.01 mm, rugozitatea alezajelor 1.6 minainte de presarea bucsei in picior si 0.8 m dupa prelucrarea definitiva a

acesteia, respectiv 1.6..3.2 m pentru cap inainte de montarea cuzinetilor;rugozitatea suprafetelor frontale ale piciorului si capului 3.2 m.

La cuzinetii bielei, carcasa se construieste din otel moale, de exemplu OLC08. Pe carcasa, stratul antifrictiune se aplica de obicei prin turnare de precizie.

Dimensionare

Piciorul bielei

La motoarele rapide, piciorul bielei este rigid de forma:

Tinand cont de diametrul exterior al boltului d 25.76 mm, rezultacotele:

diametrul interior al piciorului bielei d ib 1.18 d 30.397 mm

diametrul exterior al piciorului bielei d e 1.56 d 40.186 mm

inaltimea (grosimea) piciorului h p 0.19 d 4.894 mm

grosimea bucsei din picior h b 0.09 d 2.318 mm

Conditii de indeplinit: d ib= d+2*h b si d e = d ib+2*h p ; sunt atinse.


3/24

Corpul + capul bielei

Dimensiunile din figura de mai sus sunt:inaltimea I-ului, cu dimensiuni diferite la cap si la picior, astfel:

- la picior zona m-m: H p 0.56 d e 22.504 mm

- la cap: Ht 1.3 H p 29.255 mm

- in zona de mijloc: HMH p Ht

225.88 mm

B p1 0.167 H p 3.758 mm; L p1 B p1 3.758 mm; Bl 0.167 H 0.284 mm

L p2 0.667 H p 15.01 mm; L2 0.667 H 1.134

B p 0.75 H p 16.878 mm ; L1 Bl 0.284

Capul bielei:

d m 0.62 D 57.04 mm; hcuzinet 2 mm

diametrul interior al capului bielei d ci d m 2 h cuzinet 61.04 mm

R 46 mm

LxR

138.014 mm

Ly Lx

d ib

2

d ci

2 92.295 mm

diametrul exterior al capului bielei (cu j 2 mm): d ce D j 90 mm

p6

radiani

raza de racordare a piciorului de corp

d e

2cos p

H p

2

1 cos p 45.896

distanta de unde se incepe racordarea x d e

2

sin p 32.994

cap5

18

raza de racordare a capului de corp c

d ce

2 cos cap Ht

2

1 cos cap 40.026

distanta de unde se incepe racordarea xc cd ce

2

sin cap 65.134


4/24

Dimensiuni din figura X:

lungimea manetonului lm 0.6 d m 34.224 mm

lungimea capului lt lm 34.224 mm

d surub 10.093 - calculat mai in fata

distanta dintre axele suruburilor capaculuilv d ci d surub 3 74.133

6.2 Verifi carea la rezistenta

Verificarea pici orulu i

Tensiunile produse de forta de inertie: (din calculele precedente mgp 0.607377 kg)

Fipmgp R

2 1 ( )

10001.236 10

4 N

Pentru inceput se alege unghiul de racordare a piciorului de corp. Acesta trebuie alesastfel incat sectiunea periculoasa sa fie incadrata intr-o zona cu grosime cat mai mare si sadea un aspect cat mai zvelt al bielei. S-a constatat ca domeniul de valori optime pentruaceasta raza de racordare este: r =(110..125) grade.

Se alege r 115 radiani.

Reactiunea No si Mo din sectiunea A-A a planului de simetrie al piciorului bielei suntdate de relatiile:

r epd e

220.093 mm

r ipd

212.88 mm

h' p r ep r ip 7.213 mm

r mbr ip r ep

216.486 mm

N0 Fip 5720 8 r 10 4 5.932 10

3 N

M0 Fip r mb 3.3 r 297 10 4 1.681 10

3 Nm

Momentul M c si forta normala N c in sectiunea C-C a piciorului bielei se determina curelatiile pentru grinzi curbe:


5/24

M c M 0 N0 r mb 1 cos r Fip r mb

2sin r cos r 1.837 10

3

N c N0 cos r Fip2

sin r cos r 5.922 10 3

modulul de elasticitate al materialului bielei E biela 2.1 105 N/mm 2

momentul de inertie polar al sectiunii piciorului I pbiela b h' p

3

12863.057

modulu de elasticitate al materialului bucsei E bucsa 11.5 104 N/mm 2

Se considera parametrii:

O parte din reactiune si o parte din moment sunt preluate de bucsa, iar cealalta partede picior:

k N 1

k M 1

Astfel: Np c k N N c 5.922 10

3

Mp c k M M c 1.837 103

Tensiunile in fibrele interioara si exterioara produse de forta care intinde piciorulbielei sunt:

ie c 2 M c6 r mb h' p

h' p 2 r mb h' p Np c

1

b h' p 36.505 [MPa]

ii c 2 M c6 r mb h' p

h' p 2 r mb h' p Np c

1

b h' p 20.64 [MPa]


6/24

Pentru a stabili zona de incastrare se procedeaza astfel:

Se dau valori pentru unghiul :

0

3

6

9

12

15

18

2

grade radiani rad

180

0

0.052

0.105

0.157

0.209

0.262

0.314

0.035

h p r ep cos rad r ip 2

r ep 2

sin rad 2

7.213

7.252

7.373

7.576

7.869

8.26

8.762

7.23

Se calculeaza grosimea piciorului pentru fiecare unghi:

c r

115

118

121

124

127

130

133

117


7/24

M c M 0 N0 r mb 1 cos c Fip r mb

2sin c cos c

1.837 103

2.003 105

2.471 103

2.005 105

1.341 103

1.927 105

1.297 104

1.668 105

N c N0 cos c Fip

2sin c cos c

5.922 103

6.114 103

6.183 103

6.129 103

5.952 103

5.656 103

5.247 103

4.082 103


8/24

Iteratia 1

ie c1 2 Mp c 6 r mb 7.2137.213 2 r mb 7.213 Np c 17.213 b

36.504 MPa

ii c1 2 Mp c6 r mb 7.213

7.213 2 r mb 7.213 Np c

1

7.213 b 20.639 MPa

Iteratia 2

ie c2 2 Mp c6 r mb 7.252

7.252 2 r mb 7.252 Np c

1

7.252 b 36.267 MPa

ii c2 2 Mp c6 r mb 7.252

7.252 2 r mb 7.252 Np c

1

7.252 b 20.567 MPa

Iteratia 3

ie c3 2 Mp c6 r mb 7.373

7.373 2 r mb 7.373 Np c

1

7.373 b 35.552 MPa

ii c3 2 Mp c6 r mb 7.373

7.373 2 r mb 7.373 Np c

1

7.373 b 20.346 MPa

Iteratia 4

ie c4 2 Mp c6 r mb 7.576

7.576 2 r mb 7.576 Np c

1

7.576 b 34.413 MPa

ii c4 2 Mp c6 r mb 7.576

7.576 2 r mb 7.576 Np c

1

7.576 b 19.981 MPa


9/24

Iteratia 5

ie c5 2 Mp c6 r mb 7.864

7.864 2 r mb 7.864 Np c

1

7.864 b 32.913 MPa

ii c5 2 Mp c6 r mb 7.864

7.864 2 r mb 7.864 Np c

1

7.864 b 19.48 MPa

Iteratia 6

ie c6 2 Mp c6 r mb 8.26

8.26 2 r mb 8.26 Np c

1

8.26 b 31.048 MPa

ii c6 2 Mp c6 r mb 8.26

8.26 2 r mb 8.26 Np c

1

8.26 b 18.82 MPa

Iteratia 7

ie c7 2 Mp c6 r mb 8.762

8.762 2 r mb 8.762 Np c

1

8.762 b 28.962 MPa

ii c7 2 Mp c6 r mb 8.762

8.762 2 r mb 8.762 Np c

1

8.762 b 18.032MPa

Iteratia 8

ie c7 2 Mp c6 r mb 7.23

7.23 2 r mb 7.23 Np c

17.23 b

36.4 MPa

ii c7 2 Mp c6 r mb 7.23

7.23 2 r mb 7.23 Np c

1

7.23 b 20.608 MPa


10/24

In acest calcul iterativ tensiunile or sa scada, apoi vor creste din nou. In momentul cand aatins valoarea minima si la urmatoarea iteratie incep sa creasca, inseamna ca s-a atins valoarea

minima care reprezinta sectiunea de incastrare.Se alege sectiunea de incastrare conform iteratiei 7: c 133

o

Calculul l a comprimare

Forta care comprima biela F c, este egala cu diferenta dintre forta generata depresiunea gazelor din piston si forta de inertie data de masa grupului piston. Fortacare comprima biela se considera sinusoidal distribuita pe jumatatea inferioara a

piciorului.Se considera pz 74.32 MPa

Fcp D

2

4

pz

10

mgp R 2 1 ( )

1000 3.705 10

4 N

Pe baza figurii (pg. 21!) s-au determinat:

x 1.2 10 3

y 6 10 3

Apoi se calculeaza:

M'0 x r mb Fcp 10 3

0.733 N m

N' 0 y Fcp 10 3 0.222 N

M' M'0 N' 0 r mb 1 cos c Fcp r mb

2

c

sin c cos c 2.23 107 Nm

N' N' 0 cos c Fcp

2 c

sin c cos c 1.353 10

6N


11/24

ce c 2 M'

6 r mb 8.762

8.762 2 r mb 8.762 N'1

b 8.762 4.871 10

4

MPa

ci c 2 M'6 r mb 8.762

8.762 2 r mb 8.762 N'

1

b 8.762 8.397 10

4 MPa

( , k, h se iau de la iteratia unde a dat cea mai mica valoare din calculul intinderii)

Tensiunil e produse de mon tajul cu strangere a bucsei sau a boltu lui in p ici orul bielei

Se considera parametrii:

b 18 10 6

L 10 5

tL 373 K t 0 288 K

(temperaturabielei)

St d ib b L tL t0 0.021 d ip d ib 0.001 30.398

Sm 40 10 6

mm b 0.32 I 0.28

pf Sm St

d ip

d e2

d ip2

d e2

d ip2

I

E biela

d ip2

d 2

d ip2

d 2

b

E

15.503 MPa


12/24

Tensiunile produse de acest fretaj sunt:

fe p f 2 d ip

2

d e2

d ip2 41.472 Mpa

fi pf d

2d ip

2

d e2

d ip2

5.845 MPa

Eforturi admisibile: a =200...240 MPa.

Coeficientul de sigur anta la oboseala

Se dau caracteristicile otelului aliat din care este confectionat piciorul bielei:

l 370 MPa 0.12 1 0.92 0.92

maxj ie c7 fe 77.872

minj ii c7 fe 62.08

vlmaxj minj

27.896 MPa

m1maxj minj

269.976 MPa

c l l

vl m1

20.873


13/24

Corpul bielei

Intereseaza 2 zone: zona de sub piciorul bielei, numita sectiune minima si sectiunea medianaa corpului.

In sectiunea minima m-m:

Solicitarea la intindere de catre forta: Fimmgp R

2 1 ( )

1000 1.236 10

4

Sectiunea zonei minime: Sm 0.36 H p2 182.314

min_mFim

Sm67.78 N/mm

2

Solicitarea la compresiune de catre forta: Fmmax Fg Fim 3.144 10 4 unde Fg estemaximul fortei Fg din calculul dinamic.

max_mFmmax

Sm172.463 N/mm2

Sectiunea mediana M-M:

Planul de miscare:

Intindere: FiMmtr R

2 1 ( )

1000 1.756 10

4

Sectiunea zonei mediane: SM 0.36 H M2 241.11

min_MFiM

SM72.848 N/mm

2

Compresiune: FMmax Fg FiM 2.624 104

max_MFMmax

Sm143.902

IxB H

3 B B l L 2

3

129.306 momentul de inertie polar al sectiuniii de miscare

k x 1 0.000526Lx

2SM

Ix 260.595 unde Lx este lungimea bielei

Planul de incastrare:

0.92


14/24

min_MFiM

SM72.848 N/mm2

Compresiune: FMmax Fg FiM 2.624 104

Iy2 L1 B

3 L2 B l

3

121.58 10

3 momentul de inertie polar al sectiunii de incastrare

k y 1 0.000526Ly

2SM

Iy 1.684

max_Mk y FMmax

SM183.224

Coeficientul de siguranta la oboseala:

In sectiunea minima: (se dau: 1.3 ; 1 360 N/mm2)

v_mmax_m min_m

2120.122

m_mmax_m min_m

252.341

c _s_min1

v_m m_m

unde:

1 1.3 1 350 N/mm2 pentru otel aliat

0.16

0.8

c _s_min1

v_m m_m

2.825

Valori admisibile pentru coeficientul de siguranta: c =2...3

Valori admisibile pentru solicitari: adm = 200...400 N/mm2

Capul bielei:


15/24

Coeficientul de uzura:

K uz pmmed wm3

0.5220.186

Kuzadm = 130

Verificarea ultim ului fus palier

Ultimul fus palier este solicitat de momentul motor total M t (suma de M 1+M2+M3+M4 ).

Se extrag M tmax si M tmin.

Mtmax 507.064 N m M tmin 134.856 N m

Tinand cont de modulul de rezis tenta polar W p d

p

3

16 103

79.566 cm3

, se

calculeaza efortul de torsiune:

maxM tmax

W p6.373 MPa min

Mtmin

W p1.695 MPa

v max min

24.034 MPa m

max min2

2.339 MPa

Coeficientul de siguranta: (tinand cont de r 800 MPa, 1 0.5 r 400 MPa,

1 0.6 1 240 MPa, 0.12 , 3 , 1.1 , 0.6 )

c

1

v m

12.892

Verificarea manetonului

Manetonul este solicitat la incovoiere si torsiune. Din punct de vedere al incovoierii, estesolicitat in doua plane: planul manivelei si un plan perpendicular pe aceasta.

In planul manivelei, momentul de incovoiere este dat de relatia:

Marimi necesare calculului momentelor de incovoiere: ( 25 unghiul la carese face orificiul pentru ungere).

mA 0.675 kg F mAmA R

2

10001.03 10

4 N


16/24

mm 10 6

4 d m

2 lm 0.615 kg m R 46 mm

Fm

mm m 2

1000 9.392 103

N

mfl 10 6

4 b h L( ) 1.191 kg

ER

223 mm

fl E 23 mm

Fflmfl fl

2

10009.089 10

3 N

mcg 10 6

b R 32

R 22

180 0.261 kg

cg2

3

180

R 33

R 23

R 32

R 22

sin 180

54.601 mm => cg 55 mm

Fcgmcg cg

2

10004.768 10

3 N

lg

l

255 mm l

d

l

255 mm

Td Tlg

l 168.999 N T s T

ld

l 168.999 N

L R 2 R R 1 116 mm

Momentul de incovoiere in planul manivelei: M z

Momentul de incovoiere in planul perpendicular pe manivela: M T

Acestea dau un moment rezultant: M

Momentul de rasucire este dat de relatia: M

Urmeaza calculul tabelar (excel).

Rezulta valorile M max , M min , M max , M min .

Astfel avem:


17/24

M max 284.527

N*mM min 715.28 N*m

M max

590.103 N*m

M min 199.767

N*m

Folosind marimile:

Xm 0.6 W X m d m

3

32 9.8 10

3 mm

3

W p 2 W 1.96 104

mm3

Se calculeaza solicitarile:

maxM max 10

3

W29.032 MPa

minM min 10

3

W p36.493 MPa

maxM max 10

3

W p30.106 MPa min

M min 103

W p10.192

MPa

c

1

v m

7.718c

1

v m

12.892

cglobalc c

c2

c2

6.622

Verifi carea bratelo r Solicitarea maxima este in zona de racordare cu palierul.Se iau din tabelele facute valorile maxime ale lui M z, M t, Z g pentru care se obtine acest

maxim.

Mzmax 427.278


18/24

N*mMtmax 344.1074

N*mZg 12230.56 N

Zfl Zg Fcg 1.7 104

N

6 M zmax

h b2

Zfl

h b 12.234 MPa

Avandh

b3.5 =>

Xfl 0.28

Mtmax 103

Xfl h b2

43.891 MPa

Cap.8 Sistemul de distributie

Descrierea m ecanism ulu i:Mecanismul de distributie este compus din:

un arbore cu came montat in chiulasa motorului si antrenat de la arborele cotit prinintermediul unei curele de distributie, arborele cu came antrenand si pompa de inaltapresiune a sistemului de injectie;2 supape pe cilindru, amplasate in chiulasa.

Schema mecanismului de distributie:


19/24

1 - cama;2 - culbutor;3 - supapa;4 - galerie de evacuare.

Fazele distri butiei :


20/24

Avansul la deschiderea supapei de admisie: DSA 20 RAC

Intarzierea la inchiderea supapei de admisie: ISA 60 RAC

Durata deschiderii supapei de admisie: A DSA 180 ISA 260 RA

C Avansul la deschiderea supapei de evacuare: DSE 60 RAC

Intarzierea la inchiderea supapei de evacuare: ISE 20 RAC

Durata deschiderii supapei de evacuare: E DSE 180 ISE 260 RA

C

Durata suprapunerii deschiderii supapelor: supr DSA ISE 40 RAC

Calculul supapei de admisie

Predimensionare:diametrul talerului: d SA 0.45 D 41.4 mm


21/24

diametrul canalului de admisie: d z 0.866 d SA 35.852 mm => d z 36

mmdiametrul tijei: 0.2 d z 7.2 mm

diametrul locasului pentru sigurantele arcului: SA 0.7 5.04 mm

=> SA 5 mm

unghiul de inclinare al talerului:

6 radiani.

lungimea de sprijin: bd SA d z

2 cos ( ) 3.118 mm => b 3 mm

inaltimea portiuni cilindrice a talerului: l' 0.04 d z 1.44 mm => l' 1.5

mmraza de racordare a talerului cu tija: r 0.3 d z 10.8 mm => r 11 mm

Verificarea vitezei medii de curgere a incarcaturii proaspete prin canalul de admisie:

wpm 16.133 m

s

wgD

2wpm

d z 2 2

109.755 m

sapartine intervalului [80..110] m/s

Stabilirea inaltimii maxime de ridicare a supapei:

hlim b

sin ( )6


22/24

hSAmax

d z d z2

4 sin ( ) cos ( )d z

2

2

4 cos ( )

2 sin ( ) cos ( )

9.002 mm

*depaseste valoarea limita

hSAmax

2 b sin ( ) 2 b sin ( )( )2

4 b2 d z

2 2

4

2

1

d z b cos ( )

2

29.128

Se alege hSAmax 9 mm

Jocul termic: h0 0.25 mm

Raza cercului primitiv: r 0 2.5 h SAmax 22.5 mm

Raza cercului de baza: r r 0 h0 22.75 mmDiametrul arborelui cu came: d a 0.18 D 2( ) 2 37.12

mm

mm=> d a 37

mm

Calculul arcului supapei de admisie

Diagrama caracteristica a arcului:

Predimensionare arc:


23/24

Da 1 d z 36 mm q 1.7 d 5.5 mm

Acceleratia maxima de ridicare pe cama: jmax 1477.42 m

s2

Acceleratia maxima a supapei: jSAmax jmax

i369.355 m

s2

Forta de inertie maxima: ( )s 0.2 g

mm2

Fimax d z

2

4s 10

3 jmax

0.7 429.666 N

x 0.4

Forta maxima din arc: Fmax q F imax 730.432

NForta minima din arc: Fmin x F max 292.173 N

Sageata maxima: f max hSAmaxFmax

Fmax Fmin 15 => f max 15

mm

i

G d 4 f max

8 Fmax Da3 5.035 10

9

T=>i 4 spire active

Numarul de spire active: G 8 104

MPa

Verificarea la vibratii a arcului:


24/24

na 2.17 106 d

i Da 8.288 10

4 na

n

2

30.139

c'

4 Da d

4 Da d 1.135 c''0.615 d

Da0.094

c c' c'' 1.229

Veri ficarea la rezi stenta: maxc 8 Fimax Da

5 3387.336 MPa

min maxFmin

Fmax 154.934 MPa

Coeficientul de siguranta: c360

1 max min

2 0.2

max min2

2.582

Numarul total de spire: itotal i 2 6 spire

d 5 mm

Jocul minim dintre spire: smin 0.8 d 4

Lungimea in s tare comprimata: lc.arc itotal d smin i 46 mm

Lungimea in s tare montata: lm.arc lc.arc hSAmax 55 mm

Lungimea in stare libera: l lm.arc

hSAmax

Fmin

Fmax Fmin 61 mm

1.Proiect biela

Documents

Transcript of 1.Proiect biela